压差式静力水准仪大坝沉降竖向位移监测方案

时间：2025-04-09 涉川

一、方案背景

在水利水电工程中，大坝沉降监测是保证坝体结构稳定和安全运行的关键环节。长期运行或季节性荷载、库水波动、坝基软弱地质结构等，可能引发坝体竖向沉降、差异沉降、滑移等问题。为实现对大坝竖向变形的高精度、连续性、远程化监控，本方案采用压差式静力水准仪作为核心监测设备，结合4G无线通讯技术与云端平台，实现智能化、实时化、安全化的沉降监测体系。

二、监测目标

实时监测坝体及坝基竖向位移（沉降）变化；
识别坝体差异沉降、沉降速率突变等变形趋势；
构建坝体变形时序曲线与空间沉降模型；
实现数据远程采集、无线传输、自动分析与预警；
支持手机App和电脑网页端查看、导出、预警推送。

三、监测原理

压差式静力水准仪基于液体连通器原理，利用各监测点液体柱之间的微压差变化来计算竖向位移。各节点压力传感器测得的液体压强变化，经过温度补偿和液体密度换算，可得到毫米级沉降量。

监测系统由多个测点构成一个液体回路，设置一个基准点（参照点），其他点相对于该点的压力差即为竖向位移量。数据采集终端将每个监测点数据汇总，并通过4G无线模块上传至监测平台。

四、系统构成

压差式静力水准仪传感器
- 内置高精度压力传感器、温度补偿模块；
- 与补偿液路连通，适配水平或倾斜坝体布设。
数据采集模块
- 多通道输入（可接入4~16个水准点）；
- 支持4G通信，具备本地缓存与离线补传功能；
- 内置电源管理模块，可接太阳能供电系统。
液路系统与基准点
- 特殊液体封闭式回路设计，确保系统稳定性；
- 所有点液体等高连通，防蒸发、防气泡、防沉积。
供电系统
- 采用市电+UPS、太阳能+锂电池双供电方案；
- 支持断电续航≥30天。
远程监控平台
- 实时显示沉降量、沉降速率、位移曲线等；
- 支持多点分布图、报警管理、数据导出；
- 手机APP + PC端同步访问与控制。

五、技术参数（参考）

项目	参数指标
测量范围	-50mm ～ +50mm（单次相对位移）
分辨率	0.01mm
测量精度	±0.1mm
液体密度稳定性补偿	自动温度补偿、系统校正
数据采集周期	可设置：1分钟~24小时
数据通讯方式	4G无线（支持CAT1/CAT4、MQTT、MODBUS协议）
工作电压	DC 12V
防护等级	IP67（适应潮湿、暴雨、低温环境）
安装方式	嵌墙式、平台支架式、地埋式等多样化结构支持

六、布设方案建议

布点原则：纵向布设多个监测截面，每个截面设置3~5个监测点（坝顶、坝腰、坝基），横向形成剖面布点；
基准点设置：选择稳定不动点（如大坝控制房、坝肩岩体）作为参考基准点；
液体通路：采用封闭式液路系统，全线液体高度保持一致，避免液面波动误差；
安装位置：监测点可内嵌至坝体混凝土或支架布设于检查廊道、测量井内；
数据采集箱集中布设：一台采集器可管理多个水准点，降低布线难度。

七、预警等级与处置机制（建议）

等级	沉降变化速率	状态说明	建议响应措施
正常状态	≤0.2 mm/天	坝体稳定，沉降可控	正常监测
关注状态	0.2 ～ 0.5 mm/天	沉降加剧，趋势需进一步分析	增加采集频次，巡检确认
预警状态	0.5 ～ 1.0 mm/天	明显不均匀沉降或差异加剧	启动技术评估，限载运行
危险状态	≥1.0 mm/天或突变	存在坝体滑移、失稳风险	启动应急预案，停止作业

八、平台功能模块

实时数据展示：多点沉降量、变化趋势图；
坝体剖面可视化：三维或二维视图展示沉降分布；
多端访问：支持网页端、APP、平板多设备同步；
预警联动：支持短信、微信、邮件、声光报警推送；
数据导出：支持Excel、PDF、图表、报告一键生成；
用户权限管理：支持设计、运维、监管单位多角色管理。

九、系统优势

监测精度高：支持毫米级甚至亚毫米级变形识别；
稳定性强：采用密闭液路系统与高性能传感器，适应坝体长期变形监测；
实时在线：基于4G通信，无需人工巡测，降低运维成本；
预警机制完善：支持变化速率、突变、趋势综合分析触发多级预警；
平台集成性强：可与渗压、倾斜、位移、雨量、视频等系统融合；
运维便捷：远程OTA升级、参数配置与健康诊断支持。

十、适用场景

土石坝、混凝土重力坝、碾压混凝土坝、均质坝
水库管理单位、发电枢纽、泵站边坡沉降监测
地质灾害堰塞湖临时坝体、尾矿库堤坝变形监测
高填方工程、人工堆载平台、桥梁墩基沉降监测扩展

十一、效益分析

类型	效益说明
安全效益	提前预警坝体失稳风险，保障人民生命财产安全
技术效益	引入高精度监测仪器，实现沉降信息自动化、连续化、数字化管理
管理效益	数据图表化、可视化、平台化，提升水利信息化监管水平
成本效益	降低人工巡测频率，减少误判与人力支出，提升监测效率

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